ชิปลอจิก ส่วนที่ 2 - ประตู

องค์ประกอบลอจิคัลทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบอิสระในรูปแบบของ microcircuits ในระดับเล็ก ๆ ของการรวมและพวกมันจะถูกรวมเป็นส่วนประกอบใน microcircuits ในระดับที่สูงขึ้นของการรวม องค์ประกอบดังกล่าวสามารถนับได้มากกว่าหนึ่งโหล

แต่ก่อนอื่นเราจะพูดถึงพวกเขาสี่คนเท่านั้น - สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบและ, หรือ, ไม่และไม่ใช่ องค์ประกอบหลักเป็นสามองค์ประกอบแรกและองค์ประกอบ AND-NOT นั้นเป็นการรวมกันขององค์ประกอบ AND AND NOT อยู่แล้ว องค์ประกอบเหล่านี้เรียกว่า "อิฐ" ของเทคโนโลยีดิจิตอล ก่อนอื่นคุณต้องพิจารณาว่าตรรกะของการกระทำคืออะไร?

จำส่วนแรกของบทความเกี่ยวกับวงจรดิจิตอล ได้มีการกล่าวว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต (เอาต์พุต) ของ microcircuit ภายใน 0 ... 0.4 V เป็นระดับของศูนย์ตรรกะหรือแรงดันต่ำ หากแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วง 2.4 ... 5.0 V แสดงว่าเป็นระดับของหน่วยโลจิคัลหรือแรงดันไฟฟ้าระดับสูง

สถานะการทำงานของไมโครซีรีย์ K155 และไมโครเซอร์กิตอื่น ๆ ที่มีแรงดันไฟจ่าย 5V นั้นมีความโดดเด่นในระดับดังกล่าว หากแรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุทของ microcircuit อยู่ในช่วง 0.4 ... 2.4V (ตัวอย่างเช่น 1.5 หรือ 2.0V) คุณสามารถนึกถึงการเปลี่ยน microcircuit นี้ได้แล้ว

คำแนะนำการปฏิบัติ: เพื่อให้แน่ใจว่า Microcircuit นี้มีข้อผิดพลาดในการส่งออกให้ปลดการเชื่อมต่อของ microcircuit ที่ตามมา อินพุตเหล่านี้สามารถ“ นั่ง” (ล้น) ชิปเอาต์พุต

อนุสัญญากราฟิก

สัญลักษณ์กราฟิกเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีบรรทัดอินพุตและเอาต์พุต บรรทัดอินพุตขององค์ประกอบอยู่ที่ด้านซ้ายและบรรทัดเอาต์พุตที่ด้านขวา เช่นเดียวกับแผ่นทั้งหมดที่มีวงจร: ด้านซ้ายสัญญาณทั้งหมดเป็นอินพุตด้านขวาเป็นเอาต์พุต มันเหมือนเส้นในหนังสือ - จากซ้ายไปขวาจะจดจำได้ง่ายกว่า ภายในสี่เหลี่ยมเป็นสัญลักษณ์ตามเงื่อนไขแสดงถึงฟังก์ชั่นที่ดำเนินการโดยองค์ประกอบ

องค์ประกอบเชิงตรรกะและ

เราเริ่มพิจารณาองค์ประกอบทางตรรกะด้วยองค์ประกอบที่ 1

รูปที่ 1 องค์ประกอบตรรกะและ

การกำหนดกราฟิกจะแสดงในรูปที่ 1a สัญลักษณ์ของฟังก์ชั่น And คือสัญลักษณ์ภาษาอังกฤษ "&" ซึ่งในภาษาอังกฤษแทนที่การรวมกัน "และ" เพราะหลังจากทั้งหมด "pseudoscience" ทั้งหมดนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในชนชั้นกลางที่ถูกสาป

ปัจจัยการผลิตขององค์ประกอบที่ถูกกำหนดให้เป็น X ที่มีดัชนี 1 และ 2 และเอาท์พุทเป็นฟังก์ชั่นเอาท์พุทตามตัวอักษร Y มันเป็นเรื่องง่ายเช่นในคณิตศาสตร์โรงเรียนเช่น Y = K * X หรือในกรณีทั่วไป Y = f (x) องค์ประกอบสามารถมีมากกว่าสองอินพุตซึ่งถูก จำกัด ด้วยความซับซ้อนของปัญหาที่จะแก้ไข แต่มีเพียงหนึ่งเอาต์พุต

ตรรกะขององค์ประกอบมีดังนี้แรงดันไฟฟ้าระดับสูงที่เอาต์พุต Y จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อและที่อินพุต X1 และที่อินพุต X2 จะมีแรงดันไฟฟ้าระดับสูง หากองค์ประกอบมีอินพุต 4 หรือ 8 ดังนั้นเงื่อนไขที่ระบุ (ระดับสูง) ต้องเป็นที่พอใจกับอินพุตทั้งหมด: อินพุต I-at 1, I-at อินพุต 2, อินพุต I-at 3 ... .. และอินพุต At N เท่านั้น ในกรณีนี้การส่งออกก็จะอยู่ในระดับสูง

เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจตรรกะของการดำเนินการขององค์ประกอบและมันอนาล็อกในรูปแบบของวงจรสัมผัสที่แสดงในรูปที่ 1b ที่นี่เอาต์พุตขององค์ประกอบ Y แสดงด้วยหลอดไฟ HL1 หากหลอดไฟสว่างขึ้นสิ่งนี้จะสอดคล้องกับระดับสูงที่เอาต์พุตขององค์ประกอบ I บ่อยครั้งที่องค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่า 2-I, 3-I, 4-I, 8-I ตัวเลขตัวแรกระบุจำนวนอินพุต

เนื่องจากสัญญาณอินพุต X1 และ X2 จะใช้ปุ่ม "กระดิ่ง" ทั่วไปโดยไม่ต้องแก้ไข สถานะเปิดของปุ่มเป็นสถานะระดับต่ำและสถานะปิดอยู่ในระดับสูงตามธรรมชาติ ในฐานะที่เป็นแหล่งพลังงานไดอะแกรมแสดงแบตเตอรี่กัลวานิค ในขณะที่ปุ่มอยู่ในสถานะเปิดแน่นอนว่าหลอดไฟไม่ส่องแสง หลอดไฟจะเปิดเฉพาะเมื่อกดปุ่มทั้งสองพร้อมกันคือ I-SB1, I-SB2นั่นคือการเชื่อมต่อแบบลอจิคัลระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตขององค์ประกอบ I

การแสดงภาพการทำงานขององค์ประกอบ AND นั้นสามารถทำได้โดยดูจากแผนภาพเวลาที่แสดงในรูปที่ 1c ในตอนแรกสัญญาณระดับสูงจะปรากฏขึ้นที่อินพุต X1 แต่ไม่มีอะไรเกิดขึ้นที่เอาต์พุต Y ยังคงมีสัญญาณระดับต่ำ ที่อินพุต X2 สัญญาณจะปรากฏขึ้นพร้อมกับการหน่วงเวลาบางอย่างที่สัมพันธ์กับอินพุตแรกและสัญญาณระดับสูงจะปรากฏที่เอาต์พุต Y

เมื่อสัญญาณที่อินพุต X1 ต่ำเอาท์พุทก็จะถูกตั้งเป็นต่ำ หรืออีกวิธีหนึ่งสัญญาณระดับสูงจะถูกเก็บไว้ที่เอาท์พุทตราบใดที่สัญญาณระดับสูงมีอยู่ที่อินพุตทั้งสอง เช่นเดียวกันสามารถกล่าวได้ว่าองค์ประกอบหลายอินพุตของ I: ถ้าเป็น 8-I ดังนั้นเพื่อให้ได้ระดับสูงที่เอาต์พุตเอาต์พุตระดับสูงจะต้องถูกจัดไว้ที่อินพุตทั้งแปดพร้อมกัน

ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในเอกสารอ้างอิงสถานะของการส่งออกขององค์ประกอบตรรกะขึ้นอยู่กับสัญญาณอินพุตที่ได้รับในรูปแบบของตารางความจริง สำหรับองค์ประกอบที่พิจารณา 2-I ตารางความจริงจะแสดงในรูปที่ 1d

ตารางค่อนข้างคล้ายกับตารางสูตรคูณเล็กกว่าเท่านั้น หากคุณศึกษาอย่างรอบคอบคุณจะสังเกตได้ว่าระดับสูงที่เอาต์พุตจะต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าระดับสูงหรืออะไรคือสิ่งเดียวกันหน่วยโลจิคัลจะแสดงที่อินพุตทั้งสอง โดยวิธีการเปรียบเทียบตารางความจริงกับตารางการคูณอยู่ไกลจากอุบัติเหตุ: ทุกตารางความจริงอิเล็กทรอนิกส์รู้ตามที่พวกเขาพูดด้วยหัวใจ

นอกจากนี้ยังมีฟังก์ชั่นและสามารถอธิบายได้ด้วย พีชคณิตของตรรกะหรือพีชคณิตแบบบูล. สำหรับองค์ประกอบสองอินพุตสูตรจะมีลักษณะดังนี้: Y = X1 * X2 หรือรูปแบบการเขียนอื่น Y = X1 ^ X2

องค์ประกอบเชิงตรรกะหรือ

ต่อไปเราจะดูที่ประตู OR

รูปที่ 2 ลอจิกเกตหรือ

การกำหนดกราฟิกนั้นคล้ายกับองค์ประกอบ AND ที่เพิ่งตรวจสอบยกเว้นว่าแทนที่จะเป็นเครื่องหมาย & สำหรับฟังก์ชั่น AND หมายเลข 1 จะถูกจารึกไว้ภายในสี่เหลี่ยมดังที่แสดงในรูปที่ 2a ในกรณีนี้มันหมายถึงฟังก์ชั่นหรือ ด้านซ้ายเป็นอินพุต X1 และ X2 ซึ่งในกรณีของฟังก์ชั่น And อาจมีมากขึ้นและทางด้านขวาของเอาต์พุตที่ระบุด้วยตัวอักษร Y

ในรูปแบบของสูตรพีชคณิตแบบบูลฟังก์ชัน OR จะถูกเขียนเป็น Y = X1 + X2

ตามสูตรนี้ Y จะเป็นจริงเมื่อหรือที่อินพุต X1 หรือที่อินพุต X2 หรือที่อินพุตทั้งสองจะมีระดับสูงทันที

ไดอะแกรมผู้ติดต่อที่แสดงในรูปที่ 2b จะช่วยให้เข้าใจสิ่งที่เพิ่งพูดไป: การกดปุ่มใดปุ่มหนึ่ง (ระดับสูง) หรือปุ่มทั้งสองในครั้งเดียวจะทำให้หลอดไฟส่องสว่าง (ระดับสูง) ในกรณีนี้ปุ่มคือสัญญาณอินพุต X1 และ X2 และแสงเป็นสัญญาณเอาต์พุต Y เพื่อให้ง่ายต่อการจดจำรูปที่ 2c และ 2d แสดงแผนภาพเวลาและตารางความจริงตามลำดับ: มันเพียงพอที่จะวิเคราะห์การดำเนินงานของวงจรสัมผัสที่แสดงด้วยแผนภาพและตาราง จะหายไป

องค์ประกอบตรรกะไม่อินเวอร์เตอร์

ครูคนหนึ่งกล่าวว่าในเทคโนโลยีดิจิตอลไม่มีอะไรซับซ้อนกว่าอินเวอร์เตอร์ บางทีนี่อาจเป็นความจริง

ในพีชคณิตของตรรกะการดำเนินการไม่ได้เรียกว่า inversion ซึ่งหมายถึงการปฏิเสธในภาษาอังกฤษนั่นคือระดับสัญญาณที่เอาต์พุตตรงกับตรงกันข้ามกับสัญญาณอินพุตซึ่งดูเหมือน Y = / X ในรูปแบบของสูตร

(เครื่องหมายสแลชก่อนหน้า X จะหมายถึงการผกผันที่เกิดขึ้นจริงโดยปกติเครื่องหมายขีดล่างจะถูกใช้แทนเครื่องหมายทับ

สัญลักษณ์กราฟิกขององค์ประกอบไม่ได้เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งมีหมายเลข 1 ถูกจารึกไว้

รูปที่ 3 อินเวอร์เตอร์

ในกรณีนี้ก็หมายความว่าองค์ประกอบนี้เป็นอินเวอร์เตอร์ มีอินพุต X และเอาต์พุต Y เพียงเส้นเดียวบรรทัดเอาต์พุตเริ่มต้นด้วยวงกลมเล็ก ๆ ซึ่งจริง ๆ แล้วระบุว่าองค์ประกอบนี้เป็นอินเวอร์เตอร์

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วอินเวอร์เตอร์เป็นวงจรดิจิตอลที่ซับซ้อนที่สุดและนี่คือการยืนยันจากรูปแบบการติดต่อของเขา: ถ้าก่อนหน้านั้นมีปุ่มเพียงปุ่มเดียวเท่านั้นตอนนี้รีเลย์ได้รับการเพิ่มเข้าไป ในขณะที่ไม่ได้กดปุ่ม SB1 (ศูนย์โลจิคัลที่อินพุต) รีเลย์ K1 จะถูกยกเลิกการจ่ายพลังงานและหน้าสัมผัสที่ปิดตามปกติของมันจะเปิดหลอดไฟ HL1 ซึ่งสอดคล้องกับหน่วยโลจิคัลที่เอาต์พุต

หากคุณกดปุ่ม (ใช้หน่วยโลจิคัลกับอินพุต) รีเลย์จะเปิดขึ้นหน้าสัมผัส K1.1 จะเปิดขึ้นแสงจะดับลงซึ่งสอดคล้องกับศูนย์ตรรกะที่เอาต์พุต ข้างต้นได้รับการยืนยันโดยแผนภาพเวลาในรูปที่ 3c และตารางความจริงในรูปที่ 3 มิติ

องค์ประกอบทางตรรกะและไม่

ประตูและไม่ใช่การรวมกันของประตูและประตูและไม่ใช่

รูปที่ 4 องค์ประกอบตรรกะและไม่

ดังนั้นสัญลักษณ์ & (ตรรกะ AND) จะปรากฏบนสัญลักษณ์กราฟิกและบรรทัดทางออกเริ่มต้นด้วยวงกลมที่ระบุการมีอยู่ขององค์ประกอบอินเวอร์เตอร์

หน้าสัมผัสแบบอะนาล็อกขององค์ประกอบลอจิกจะแสดงในรูปที่ 4b และหากคุณมองอย่างใกล้ชิดมันจะคล้ายกับอะนาล็อกของอินเวอร์เตอร์ที่แสดงในรูปที่ 3b: หลอดไฟยังเปิดผ่านหน้าสัมผัสปกติของรีเลย์ K1 จริงๆแล้วนี่คืออินเวอร์เตอร์ รีเลย์ควบคุมโดยปุ่ม SB1 และ SB2 ซึ่งสอดคล้องกับอินพุต X1 และ X2 ของประตู AND แผนภาพแสดงให้เห็นว่ารีเลย์จะเปิดเฉพาะเมื่อมีการกดปุ่มทั้งสอง: ในกรณีนี้ปุ่มจะใช้งาน & ฟังก์ชั่น (ตรรกะ AND) ในกรณีนี้หลอดไฟที่ทางออกจะดับซึ่งสอดคล้องกับสถานะของศูนย์โลจิคัล

หากไม่ได้กดปุ่มทั้งสองหรืออย่างน้อยหนึ่งปุ่มรีเลย์จะถูกปิดใช้งานและแสงที่เอาต์พุตของวงจรเปิดซึ่งสอดคล้องกับระดับของหน่วยโลจิคัล

จากที่กล่าวมาเราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:

ประการแรกหากอย่างน้อยหนึ่งอินพุตมีศูนย์ตรรกะแล้วผลลัพธ์จะเป็นหน่วยตรรกะ สถานะเดียวกันที่เอาต์พุตจะเป็นในกรณีที่เลขศูนย์มีอยู่ที่อินพุตทั้งสองพร้อมกัน นี่เป็นคุณสมบัติที่มีค่ามากขององค์ประกอบ AND-NOT: หากคุณเชื่อมต่อทั้งสองอินพุตดังนั้นองค์ประกอบ AND-NOT จะกลายเป็นอินเวอร์เตอร์ - เพียงแค่ทำหน้าที่ของ NOT คุณสมบัตินี้ช่วยให้คุณไม่ต้องวางชิปพิเศษที่มีอินเวอร์เตอร์หกตัวพร้อมกันเมื่อต้องการเพียงหนึ่งหรือสอง

ประการที่สองศูนย์ที่เอาท์พุทจะได้รับก็ต่อเมื่อ "รวบรวม" ในอินพุตทั้งหมดของความสามัคคี ในกรณีนี้มันควรจะตั้งชื่อองค์ประกอบตรรกะที่ถือว่า 2I-NOT ทั้งสองบอกว่าองค์ประกอบนี้เป็นสองอินพุต ในวงจรไมโครซีรีส์เกือบทั้งหมดมีองค์ประกอบ 3, 4 และแปดอินพุต ยิ่งกว่านั้นพวกเขาแต่ละคนมีทางออกเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตามองค์ประกอบ 2I-NOT ถือเป็นองค์ประกอบพื้นฐานในวงจรไมโครซีรีส์หลายชุด

ด้วยตัวเลือกต่าง ๆ สำหรับการเชื่อมต่ออินพุตคุณสามารถรับคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอื่นได้ ตัวอย่างเช่นการเชื่อมต่อทั้งสามอินพุตขององค์ประกอบแปดอินพุต 8I-NOT ด้วยกันเราจะได้รับองค์ประกอบ 6I-NOT และถ้าคุณเชื่อมต่อทั้ง 8 อินพุทเข้าด้วยกันคุณจะได้แค่อินเวอร์เตอร์ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น

สิ่งนี้ทำให้ความใกล้ชิดกับองค์ประกอบทางตรรกะเสร็จสมบูรณ์ ในส่วนถัดไปของบทความเราจะพิจารณาการทดลองที่ง่ายที่สุดกับ microcircuits โครงสร้างภายในของ microcircuits อุปกรณ์อย่างง่ายเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพัลส์

Boris Aladyshkin

ความต่อเนื่องของบทความ: ชิปลอจิก ส่วนที่ 3